طرح کنترل فشار آبشاری برای ستون یکسوسازی در واحدهای جداسازی هوا

در عملکرد واحدهای جداسازی هوا (ASU)، فشار ستون یک پارامتر کلیدی است که به طور مستقیم بر تعادل بخار- مایع و راندمان جداسازی تأثیر می‌گذارد. با انتخاب نقاط تشخیص مناسب و پیکربندی حلقه‌های کنترل خودکار، می‌توان به تنظیم دقیق فشار دست یافت و عملکرد یکسوسازی پایدار را تضمین کرد. این مقاله یک طرح کنترل آبشاری را بر اساس نقاط حساسیت فشار ستون پیشنهاد می‌کند. این روش پاسخ سریع به بار و نوسانات عملیاتی را ارائه می دهد، خطر ناهنجاری های فرآیند را کاهش می دهد و خروجی پایدار اکسیژن، نیتروژن و محصولات آرگون را تضمین می کند. این طرح پشتیبانی فنی قابل توجهی را برای کنترل خوب و تولید پایدار در ASU ها ارائه می دهد.

پیشینه فناوری جداسازی هوا

واحدهای جداسازی هوا از تقطیر برودتی برای جداسازی اکسیژن، نیتروژن و آرگون از هوای مایع استفاده می کنند. ستون یکسوسازی اصلی وظیفه جداسازی اکسیژن و نیتروژن را بر عهده دارد و در عین حال تغذیه سیستم آرگون را نیز فراهم می کند. فشار عملیاتی ستون نه تنها تعادل بخار-مایع را تعیین می کند، بلکه بر خطرات انسداد نیتروژن، خلوص محصول و تعادل کلی سرما تأثیر می گذارد.

اگر فشار ستون به طور غیرعادی منحرف شود، می تواند انتقال حرارت را در کندانسور بالا یا بویلر پایین مختل کند، گرادیان غلظت را بی ثبات کند و یکسوسازی آرگون پایین دست را مختل کند. بنابراین، کنترل دقیق و به موقع فشار ستون برای حفظ پایداری کل ASU ضروری است.

نقاط حساس فشار و مفهوم کنترل

نقطه حساسیت فشار ستون یکسوسازی اصلی معمولاً در نزدیکی ورودی کندانسور بالا یا در قسمت بسته بندی بالایی قرار دارد. نوسانات فشار در این منطقه بیشتر نشان دهنده تغییرات کلی فرآیند است و تأثیر مستقیمی بر توزیع ترکیب نیتروژن-اکسیژن دارد.

از طریق شبیه سازی و محاسبه فرآیند، فشار طراحی در این نقطه حساس تعیین شده و به عنوان حلقه کنترل فرآیند اولیه (PIC) در DCS تنظیم می شود. حلقه اولیه این فشار را اندازه گیری می کند و تنظیمات PID را انجام می دهد و به حلقه کنترل فرآیند ثانویه خروجی می دهد که ظرفیت خنک کننده نیتروژن مایع یا جریان گسترش دهنده را تنظیم می کند. حلقه ثانویه، به نوبه خود، بر روی فشار ستون عمل می‌کند و در نتیجه به تنظیم حلقه بسته که مطابق با الزامات فرآیند است، می‌رسد.

اقدامات برای جلوگیری از تاخیر فرآیند

اگر نوسانات فشار را نتوان به سرعت برطرف کرد، ممکن است انحراف در کیفیت محصول رخ دهد. برای جلوگیری از تاخیر بیش از حد فرآیند، اقدامات زیر در این طرح اعمال می شود:

تبدیل سیگنال- مقادیر فشار نمونه برداری به فشار ترمودینامیکی تبدیل شده و تقویت می شود و حساسیت سیگنال را بهبود می بخشد.

متغیرهای سریع-- جریان گسترش دهنده به عنوان متغیر دستکاری شده در حلقه ثانویه انتخاب می شود که امکان تنظیم سریع تعادل سرد و تصحیح سریع فشار ستون را فراهم می کند.

نمونه گیری بهینه- فواصل نمونه برداری کوتاهتر در DCS پیکربندی شده است تا پاسخ پویا را افزایش دهد.

اقدامات برای جلوگیری از بیش از حد

تحت بار زیاد یا اغتشاشات زیاد، دامنه های تنظیم PID گسترده ممکن است باعث اعمال بیش از حد محرک شود که منجر به نوسانات شدید فشار می شود. برای جلوگیری از بیش از حد، محدودیت های زیر اعمال می شود:

محدود کردن سیگنال خروجی PIC در ظرفیت نامی خنک کننده نیتروژن مایع؛

تعیین حدود بالا و پایین برای خروجی حلقه ثانویه بر اساس ظرفیت طراحی تجهیزات برای جلوگیری از نقض مرزها.

معرفی مکانیزم‌های شروع نرم- و میرایی در منطق کنترل برای به حداقل رساندن ضربه‌های تنظیم.

نتیجه گیری

طرح کنترل فشار آبشاری پیشنهادی به طور قابل‌توجهی پایداری ASU را تحت نوسانات بار و اختلالات فرآیند بهبود می‌بخشد. با ترکیب فشار{1}}نقطه حساس، حلقه‌های هماهنگ اولیه-ثانویه، و تقویت سیگنال تقویت‌شده با معیارهای محدودیت خروجی، این طرح وقوع انسداد نیتروژن را کاهش می‌دهد و تامین مداوم اکسیژن، نیتروژن و محصولات آرگون را تضمین می‌کند.

با نگاه به آینده، با پیشرفت مداوم سیستم های DCS و ادغام الگوریتم های کنترل هوشمند، ASU ها به سطوح بالاتری از اتوماسیون دست خواهند یافت. ادغام عمیق مهندسی فرآیند و کنترل اتوماسیون، صنعت جداسازی هوای برودتی را به سمت راندمان، پایداری و هوشمندی بیشتر سوق خواهد داد.